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JP6548759B2 - 車載制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の駆動源である内燃機関の制御に関するものであり、特に、運転者の意図しないような異常が内燃機関から発生していないか監視する機能を備えた車載制御装置に関する。
従来の技術では、運転者による運転操作量（例えば、アクセル開度検出値等）に基づいて演算した運転者の要求トルクと、駆動源の作動状態（例えば、内燃機関への吸入空気量の検出値等）に基づいて演算した推定トルクを比較して、要求トルクに対して推定トルクが過大になっている場合に異常と判断するものが知られている（特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２０１０／００３６５５８号明細書
運転操作量としてのアクセル開度を検出するためのセンサや、駆動源の作動状態としての内燃機関への吸入空気量を検出するためのセンサなどの各種センサには、性能のばらつきや経時劣化による性能の変化がある。また、駆動源においてもばらつきがあり、例えば内燃機関の場合、各構成部品の重さや組み付け誤差等によるフリクションばらつき等がある。
そのため、特許文献１では、前記アクセル開度検出値等に基づいて演算した運転者の要求トルクに対して、前記吸入空気量の検出値等に基づいて演算した推定トルクが過大で異常であると判断するための閾値には、前記各ばらつきを考慮してマージンを設定しておく必要がある。しかし、前記マージンを大きく設定しすぎると、異常判断できない場合や異常判断に時間がかかり、運転者への危険回避（危険と感じさせないことも含む）にならない可能性がある。即ち、特許文献１のように、各センサの検出値から演算した運転者側の要求トルクと駆動源側の推定トルクの大小比較を行う技術では、車両の駆動源の推進力が異常であるか否かを迅速に判定することが困難であるという課題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の駆動源である内燃機関から運転者の意図しないような異常が発生しているか否かを迅速に判定することのできる車載制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る車載制御装置は、内燃機関の発生トルクを制御する車載制御装置であって、運転者の運転操作に基づき許容発生トルクを算出する許容発生トルク算出部と、前記内燃機関の作動状態に基づき推定発生トルクを算出する推定発生トルク算出部と、前記許容発生トルクの変化量と前記推定発生トルクの変化量との差分または割合が所定の閾値を超えたことに基づいて、前記内燃機関の吸気系の異常を検出する異常検出部と、を備え、前記許容発生トルクの変化量および前記推定発生トルクの変化量は、前記内燃機関の１燃焼サイクルよりも長い所定の単位時間当たりの変化量であることを特徴としている。
本発明によれば、車両の駆動源である内燃機関から運転者の意図しないような異常が発生しているか否かを迅速に判定することができる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施形態に係る車載制御装置の制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る車載制御装置が制御するエンジンとその周辺機器の構成図である。 本発明の実施形態に係る車載制御装置の内部構成図である。 本発明の実施形態に係る車載制御装置によるエンジンの異常検出の制御ブロック図である。 図１に示す許容発生トルク計算手段による許容発生トルクの変化量の算出手順の詳細を示す図である。 図１に示す推定発生トルク計算手段による推定発生トルクの変化量の算出手順の詳細を示す図である。 図１に示す異常検出手段１１２によるエンジンの異常判定手順の詳細を示す図である。 （ａ）は時間間隔Δｔの違いによるΔトルクの差分と車両の加速Ｇの関係を示す図、（ｂ）はエンジン回転数Ｎｅの違いによるΔトルクの差分と車両の加速Ｇの関係を示す図、（ｃ）は閾値と車両の速度ＶＳＰ（エンジン回転数Ｎｅ）との関係を示す図である。 （ａ）は正常時における異常検出の挙動を示すチャート、（ｂ）は異常時における異常検出の挙動を示すチャートである。 （ａ）は診断ディレイと閾値の関係を示す図、（ｂ）は異常状態を発生させた場合の閾値超え継続時間と車両の速度ＶＳＰ（エンジン回転数Ｎｅ）の関係を示す図、（ｃ）は診断ディレイと車両の速度ＶＳＰ（エンジン回転数Ｎｅ）の関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る車載制御装置の制御フローチャートである。 図１１に示す処理の一部についての詳細を示すフローチャートである。 図１２の続きを示すフローチャートである。 図１３の続きを示すフローチャートである。 図１４の続きを示すフローチャートである。 図１５の続きを示すフローチャートである。 図１６の続きを示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車載制御装置の制御ブロック図である。
ブロック１０１は、運転操作量検出手段（運動操作量検出部）のブロックである。本実施形態では、運転操作量検出手段１０１は、運転者のアクセル開度（運転操作量）を計算する。ブロック１０２は、エンジン回転数計算手段のブロックである。エンジン回転数計算手段（作動状態検出部）１０２は、エンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角センサの電気的な信号、おもにパルス信号変化の単位時間当たりの入力数をカウントし、演算処理することで、エンジンの単位時間当りの回転数（作動状態）を計算する。
ブロック１０３は、シリンダ流入空気量計算手段のブロックである。シリンダ流入空気量計算手段（作動状態検出部）１０３は、エンジンの吸気系上流に設定された吸入空気量センサ信号と吸気管に設定された吸気管圧力センサ信号の入力からシリンダ流入空気量（作動状態）を計算する。また、シリンダ流入空気量計算手段１０３は、前述のシリンダ入空気量とエンジン回転数からエンジンの負荷（作動状態）を計算する。
ブロック１０４は、基本燃料量計算手段のブロックである。基本燃料量計算手段１０４は、前述のブロック１０２で計算されたエンジン回転数、および前述のブロック１０３で計算されたエンジン負荷から各領域におけるエンジンの要求する基本燃料量を計算する。
ブロック１０５は、前述のエンジン回転数、および前述のエンジン負荷からエンジンの各領域における最適な基本点火時期を決定する基本点火時期計算手段のブロックである。ブロック１０６は、エンジンのアイドリング回転数を一定に保つためにアイドリング時の目標回転数を計算し目標流量を計算するＩＳＣ制御手段のブロックである。ブロック１０７は、エンジンの排気管に設定された空燃比センサの出力と、後述する目標空燃比の差分、および前述したエンジン回転数とエンジン負荷から空燃比フィードバック補正係数を計算する空燃比補正係数計算手段のブロックである。
ブロック１０８は、前述したエンジン回転数とエンジン負荷から目標とするエンジンの目標空燃比を決定する目標空燃比計算手段のブロックである。ブロック１０９は、前述した運転者のアクセル開度とエンジン回転数から運転者が要求している目標トルク（指令値）を計算し、目標トルクから目標スロットル開度（指令値）を計算する目標スロットル開度計算手段のブロックである。
ブロック１１０は、前述した運転者のアクセル開度とエンジン回転数から、許容発生トルクを計算する許容発生トルク計算手段（運転操作変化量算出部）のブロックである。また、許容発生トルク計算手段１１０は、後述する異常検出のための許容発生トルクの変化量についても計算する。なお、許容発生トルクは、正常時にエンジンが発生可能なトルクである。
ブロック１１１は、前述したエンジン回転数とエンジン負荷から、推定発生トルクを計算する推定発生トルク計算手段（作動状態変化量算出部）のブロックである。この推定発生トルク計算手段１１１も同様に、後述する異常検出のための推定発生トルクの変化量を計算する。なお、推定発生トルクは、エンジンが発生しているトルクを推定したものである。
ブロック１１２は、前述した許容発生トルクの変化量と推定発生トルクの変化量から異常検出を行う異常検出手段（異常検出部）のブロックである。本実施形態では、異常検出手段１１２は、推定発生トルクの変化量が許容発生トルクの変化量より大きい状態が継続した場合に異常と判断している。
ブロック１１３は、前述したブロック１０４で計算された基本燃料量に対して、エンジン水温による補正、前述したブロック１０７の空燃比フィードバック係数の補正を実行する燃料補正手段のブロックである。ブロック１１６〜１１９は前述したブロック１０４およびブロック１１３で計算された燃料量に基づいてエンジンへの燃料供給を制御する燃料噴射制御手段である。
ブロック１１４は、前述したブロック１０５で決定された基本点火時期に対して、エンジン水温による補正等を実行する点火時期補正手段のブロックである。ブロック１２０〜１２３は、前述のブロック１１４で補正されたエンジンの要求点火時期に応じてシリンダに流入した燃料混合気を点火するよう制御する点火制御手段である。
ブロック１１５は、電制スロットル制御手段（推進力制御部）のブロックである。電制スロットル制御手段１１５は、前述したアイドリング時の目標流量を確保するためのスロットル開度および、前述した目標スロットル開度となるように電制スロットルを制御すると共に、前述したブロック１１２で異常検出した場合に、異常時の制御を行う。
尚、本実施形態では運転者のアクセル開度から演算した許容発生トルクとエンジン回転数とエンジン負荷から算出した推定発生トルクから異常を検出するといったようにトルクの次元での異常検出を行っているが、他の次元、例えば馬力での異常検出としても良い。即ち、トルクから馬力に換算して、その馬力を用いて異常を検出するようにしても良い。
図２は、本実施形態に係る車載制御装置が制御するエンジンとその周辺機器の構成例を示している。エンジン２０１は、吸入する空気量を計測する吸入空気量センサ（熱式空気流量計）２０２、エンジン２０１の吸入する空気流量を調整するスロットル絞り弁２０３、運転者のアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２１８、スロットル絞り弁２０３を動作させる電制スロットルモータ２０４、スロットル絞り弁２０３の開度を検出するスロットル開度センサ２１５、吸気管２０５に設置された吸気管内の圧力を検出する吸気管圧力センサ２０６、エンジン２０１の要求する燃料を供給する燃料噴射弁２０７、エンジン２０１の回転数を算出するため所定のクランク角度位置に設定された突起を認識するためのクランク角センサ２１９、エンジン２０１の行程を認識するために前述のクランク角センサとは別に、所定のカム角度位置に設定された突起を認識するためのカム角センサ２０８、エンジン２０１のシリンダ内に供給された燃料の混合気に点火する点火栓に、車載制御装置２１７の点火信号に基づいて点火エネルギを供給する点火モジュール２０９、エンジン２０１のシリンダブロックに設定されエンジン２０１の冷却水温を検出する水温センサ２１０、およびエンジン２０１の排気管の触媒前に設置され、排気ガス中の酸素濃度に対してリニアな電気的信号を出力する空燃比センサ２１１を有する。
また、エンジン２０１の周辺には、燃料タンク２１２から蒸発する燃料ガスをチャコール等で吸着保持するキャニスタパージタンク２１３、キャニスタパージタンク２１３に吸着保持した燃料ガスを開度を調整することで吸気管へ流入させるキャニスタパージバルブ２１４、エンジン２０１の運転、停止のメインスイッチであるイグニッションキイスイッチ２１６が設けられる。そして、エンジン２０１およびその各補器類は、本発明の実施形態に係る車載制御装置２１７によって制御されている。
図３は、本発明の実施形態に係る車載制御装置の内部構成図である。ＣＰＵ３０１の内部にはエンジン２０１に設置された各センサの電気的信号をデジタル演算処理用の信号に変換、およびデジタル演算用の制御信号を実際のアクチュエータの駆動信号に変換するＩ／Ｏ部３０２が設定されており、Ｉ／Ｏ部３０２には、水温センサ２１０、カム角センサ２０８、空燃比センサ２１１、吸入空気量センサ（熱式空気流量計）２０２、スロットル開度センサ２１５、車速センサ２２０、イグニッションＳＷ２１６、吸気管圧力センサ２０６、大気圧センサ２２１、吸気温センサ２２２、負荷ＳＷ（エアコンＳＷ）２２３、アクセル開度センサ２１８、およびクランク角センサ２１９が入力されている。ＣＰＵ３０１からの出力信号ドライバ３０３を介して、燃料噴射弁３１７〜３２０、点火コイル３２１〜３２４、および電制スロットルモータ２０４へ出力信号が送られる。
図４は、本発明の実施形態に係る車載制御装置によるエンジンの異常検出の制御ブロック図である。運転者の意図により操作されたアクセル操作量をアクセル開度センサ１およびアクセル開度センサ２でセンシングする（ブロック４０１，４０２）。運転操作量検出手段１０１は、ブロック４０３で前記アクセル開度センサ１の出力からアクセル開度１を算出する。なお、運転操作量検出手段１０１は、アクセル開度の推定値を用いても良い。
目標スロットル開度計算手段１０９は、ブロック４０５で前記アクセル開度１とエンジン回転数から運転者の目標とするトルクを算出する。目標スロットル開度計算手段１０９は、この目標トルクをブロック４０６で要求スロットル開度（目標スロットル開度）へ換算し、電制スロットル制御手段１１５は、ブロック４０７で前記要求スロットル開度からモータ駆動出力信号を算出する。
本出力信号にてブロック４１２の電制スロットル用のモータ２０４（図２参照）が動作し、エンジン２０１の吸気系に取り付けられたスロットルを開閉させる。このスロットルの動作量をブロック４１３のスロットル開度センサ２１５でセンシングし、ブロック４１１で実スロットル開度計算手段（図示せず）が実スロットル開度を算出する。算出された前記実スロットル開度は、前記ブロック４０７にて要求スロットル開度と比較され、要求スロットル開度に実スロットル開度が一致するように、電制スロットル制御手段１１５は前記モータ駆動出力信号をフィードバック制御する。
次に、運転操作量検出手段１０１は、ブロック４０２でセンシングされた出力からブロック４０４でアクセル開度２を算出する。なお、運転操作量検出手段１０１は、アクセル開度の推定値を用いても良い。このアクセル開度２と前記エンジン回転数から、許容発生トルク計算手段１１０は、ブロック４０８で許容発生トルクを算出し、併せて所定時間の変化量も算出する。また、推定発生トルク計算手段１１１は、ブロック４０９でエンジン２０１の状態を示す吸入空気量、吸気管圧力、エンジン回転数からエンジン２０１が発生しているトルクを推定し、併せて所定時間の推定発生トルクの変化量も算出する。
最後に、異常検出手段１１２は、ブロック４１０で、前記ブロック４０８で算出した許容発生トルク、もしくは前記許容発生トルクの所定時間の変化量と前記ブロック４０９で算出した推定発生トルク、もしくは前記推定発生トルクの所定時間の変化量から運転者の意図している目標トルク以上のトルクが発生していないか監視する。異常時にはエンジン２０１の出力を抑える方向へ前記スロットルが動くように前記電制スロットル用モータ２０４を駆動するか、もしくは電制スロットル用モータ２０４の駆動をやめることで機械的にスロットルを動作させる（フェールセーフ処理）。
図５は、許容発生トルク計算手段による許容発生トルクの変化量の算出手順の詳細を示す図である。許容発生トルク計算手段１１０は、ブロック５０１では、前記エンジン回転数とアクセル開度２から許容発生トルクのベース値を算出する。許容発生トルク計算手段１１０は、ブロック５０２では、前記許容発生トルクのベース値とクルーズ要求のトルクとのうち大きい値を選択することで、クルーズ中の許容発生トルクの算出に対応している。また、許容発生トルク計算手段１１０は、ブロック５０３では、外部からのトルクガード要求とブロック５０２で算出された許容発生トルクとのうち小さい値を選択し、外部からのトルクダウン要求を考慮した許容発生トルクを算出している。
ブロック５０７では、許容発生トルク計算手段１１０は、燃料性状によるエンジン２０１の発生トルクの変化分を考慮するための補正係数を算出する。許容発生トルク計算手段１１０は、ブロック５０３で算出された許容発生トルクに本補正係数をブロック５０４で乗算し、燃料性状による発生トルクの変化に対応した許容発生トルクを算出している。
ブロック５０８では、許容発生トルク計算手段１１０は、空気密度によるエンジン２０１の発生トルクの変化分を考慮するための補正係数を算出する。許容発生トルク計算手段１１０は、ブロック５０４で算出された許容発生トルクに本補正係数をブロック５０５で乗算し、空気密度による発生トルクの変化に対応した許容発生トルクを算出している。ブロック５０６では、許容発生トルク計算手段１１０は、後述する推定発生トルクの算出誤差を考慮し、正常時に推定発生トルクが許容発生トルクを超えないように、ブロック５０９で算出されるオフセット量をブロック５０５で算出された許容発生トルクに加算する。
最後に、許容発生トルク計算手段１１０は、ブロック５１０で、許容発生トルクの所定時間の変化量を算出する。ここで算出した許容発生トルクもしくは許容発生トルクの所定時間の変化量（Δ許容発生トルク）は後述する異常検出で使用する。なお、Δ許容発生トルクは、本発明の「運転操作変化量」に相当する。
図６は、推定発生トルク計算手段による推定発生トルクの変化量の算出手順の詳細を示す図である。推定発生トルク計算手段１１１は、ブロック６０１では、前記エンジン回転数とエンジン負荷からハイオクガソリン時の推定発生トルクのベース値を算出する。推定発生トルク計算手段１１１は、ブロック６０２では、同様にエンジン回転数とエンジン負荷からレギュラガソリン時の推定発生トルクのベース値を算出する。推定発生トルク計算手段１１１は、ブロック６０３で使用しているガソリンの性状判定の結果、つまりハイオクかレギュラの判定結果から、該当する推定発生トルクのベース値を選択する。
推定発生トルク計算手段１１１は、ブロック６０４では、点火時期の影響を考慮し、ブロック６０３で選択された推定発生トルクのベース値に点火効率を乗算する。例えば、前記推定発生トルクのベース値を計測した時の点火時期を基準とすると、この基準の点火時期に対して遅角側の点火時期であった場合、点火効率が１．０より小さくなり、その結果推定発生トルクが小さく計算されることになる。
推定発生トルク計算手段１１１は、ブロック６０５において、燃料噴射量補正の値をブロック６０４で算出された推定発生トルクに乗算する。ここで、燃料噴射量補正は、燃料カット中に補正値を０として乗算することで、燃料カット中の推定発生トルクが０になるようにしている。これは、燃料噴射がされていないときは、エンジンの発生トルクは０になる現象に一致させるためである。
推定発生トルク計算手段１１１は、ブロック６０７では、前記エンジン回転数と吸気管圧力から負荷トルクを算出し、ブロック６０６でその負荷トルクをブロック６０５で算出された推定発生トルクから減算し、エンジン２０１の軸トルクとして推定発生トルクを算出する。最後に、ブロック６０８で、推定発生トルク計算手段１１１は、推定発生トルクの所定時間の変化量を算出する。ここで算出した推定発生トルクもしくは推定発生トルクの所定時間の変化量（Δ推定発生トルク）は後述する異常検出で使用する。なお、Δ推定発生トルクは、本発明の「作動状態変化量」に相当する。
図７は、異常検出手段１１２によるエンジンの異常判定手順の詳細を示す図である。異常検出手段１１２は、ブロック７０１で、前述した推定発生トルクの所定時間の変化量（Δ推定発生トルク）と許容発生トルクの所定時間の変化量（Δ許容発生トルク）の差分を算出する。その後、異常検出手段１１２は、ブロック７０２で算出した閾値と前記差分をブロック７０３で比較し、Δ推定発生トルクがΔ許容発生トルクより大きいか判断する。異常検出手段１１２は、ブロック７０４で大きいと判断されている時間を計測し、この時間が所定の時間より大きくなった場合に異常と判断する。なお、Δ推定発生トルクとΔ許容発生トルクとの差分の代わりに、両者の割合を算出して、その算出結果に基づき異常判定を行っても良い。
図８（ａ）、（ｂ）は、前記推定発生トルクの所定時間の変化量（Δ推定発生トルク）と許容発生トルクの所定時間の変化量（Δ許容発生トルク）の差分（Δトルクの差分）と車両の加速Ｇの関係の一例を示したものである。
図８（ａ）は、トランスミッションのギア固定とし、所定のエンジン回転数状態を保持した状態でスロットル絞り弁をステップ的に開けた場合の前記Δトルクの差分と前記加速Ｇの関係を示している。図８（ａ）は、前記変化量算出の時間間隔をｔ１、ｔ２とし、ｔ１の間隔（Δｔ１）がｔ２の間隔（Δｔ２）より大きい場合におけるΔトルクの差分を示している。スロットル絞り弁２０３の開度が大きい場合の方が、小さい場合と比べて加速Ｇが大きくなる。Δｔ１の方がΔｔ２より大きいため、所定の加速Ｇ発生時の前記Δトルクの差分は、前記時間間隔がΔｔ１の場合の方がΔｔ２の場合より大きくなる。つまり、同一の加速Ｇであっても、変化量を算出する時間間隔に応じてΔトルクの差分は異なる値を示す。よって、車両の危険な状態を所定の加速Ｇ（例えば、０．１Ｇ）以上発生時とすると、前記Δｔ１、Δｔ２毎に車両の危険な状態を判断する閾値を設定する必要がある。
また、図８（ｂ）は、図８（ａ）に対して、前記時間間隔を一つの状態に固定し、前記保持するエンジン回転数の状態を２種類（Ｎｅ１、Ｎｅ２）で確認した結果を示している。図８（ｂ）に示すように、Ｎｅ１の方がＮｅ２より高く、ギア固定のため前記Ｎｅ１、Ｎｅ２での車両速度はＶＳＰ１、ＶＳＰ２とすると、ＶＳＰ１の方がＶＳＰ２よりΔトルクの差分が大きい状態となる。
所定の加速Ｇ発生時の前記Δトルクの差分は、前記エンジン回転数の状態が高いＮｅ１（車両速度が大きいＶＳＰ１）の場合の方がＮｅ２の場合より大きくなる。よって、車両の危険な状態を所定の加速Ｇ（例えば、０．１Ｇ）以上発生時とすると前記Ｎｅ１（ＶＳＰ１）、Ｎｅ２（ＶＳＰ２）毎に車両の危険な状態を判断する閾値を設定する必要がある。
以上から、図８（ｃ）のように、閾値は、時間間隔毎（Δｔ１、Δｔ２毎）に、エンジン回転数（Ｎｅ）もしくは、車両速度（ＶＳＰ）に応じて適した値に設定する必要がある。
図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る車載制御装置による異常検出の挙動を示したチャートである。図９（ａ）は、正常時の挙動を示したチャートである。ライン９０１は運転者のアクセル踏込み量を示すアクセル開度の挙動を示す。本図では、車両の加速、一定速、減速走行を行った場合のアクセル開度を示している。ライン９０２は許容発生トルクの挙動を示す。許容発生トルクは、アクセル開度が大きくなる（加速状態）に従い大きくなり、アクセル開度が小さくなる（減速状態）に従い小さくなる。
ライン９０３は推定発生トルクの挙動を示す。推定発生トルクは、前記アクセル開度の動作に対して、吸入空気の応答遅れ等の影響により加速、減速時の挙動に遅れが生じる。なお、許容発生トルクと推定発生トルクとの差分から異常検出を行うため、許容発生トルクについては、誤検出の防止と推定発生トルクに位相を合わせるためにフィルタ処理を行っている。
ライン９０４は前記許容発生トルクの単位時間当たりの変化量（Δ許容発生トルク）の挙動を示している。ライン９０５は前記推定発生トルクの単位時間当たりの変化量（Δ推定発生トルク）の挙動を示している。ライン９０６は、前記Δ推定発生トルクと前記Δ許容発生トルクの差分の挙動を示している。ライン９０７は、異常検出のための閾値１であり、本閾値１を超えている時間が所定時間以上継続した場合に異常と判断される。継続時間条件を設けているのは、正常時であっても、前記フィルタ処理後の許容発生トルクと推定発生トルクの位相を完全に合わせることは困難であり誤検出防止のためである。
図９（ｂ）は、異常時の挙動を示したチャートである。ライン９１１は運転者のアクセル踏込み量を示すアクセル開度、ライン９１２は許容発生トルクの挙動をそれぞれ示しており、図９（ａ）と同様の動作である。ライン９１３は推定発生トルクの挙動を示しており、図９（ｂ）から、推定発生トルクはＡ時点から異常発生によりトルク上昇している状況であることが分かる。
ライン９１４は前記許容発生トルクの単位時間当たりの変化量（Δ許容発生トルク）、ライン９１５は、前記推定発生トルクの単位時間当たりの変化量（Δ推定発生トルク）の挙動をそれぞれ示している。同図から明らかなように、Ａ時点から異常発生により増加し、ライン９１６のΔ推定発生トルクとΔ許容発生トルクの差分も上昇し、ライン９１８の閾値２以上となる。
本閾値２は、ライン９１７の閾値１より大きい値である。そのため、閾値１と閾値２それぞれの継続時間条件は、図１０（ａ）に示すように、閾値２の方が閾値１と比べて短い継続時間（診断ディレイ）となるよう設定されている。具体的には、閾値１の場合は診断ディレイ＝ｔｄ１で、閾値２の場合は診断ディレイ＝ｔｄ２であり、ｔｄ２の方がｔｄ１より短い値となる。このように、診断ディレイを設定したのは、異常の誤検出を防止するためである。また、診断ディレイを閾値に応じて設定したのは、前記Δ推定発生トルクとΔ許容発生トルクの差分が大きい程、異常状態である可能性が高く、また、異常判断を速くし安全状態へ速く移行させ車両の安全性を高めるためである。
ライン９１９は、異常判断フラグの挙動を示しており、図９（ｂ）では、ライン９１６がＡ時点から上昇し閾値２を超え、ｔｄ２時間経過した時点で異常判定フラグが立ち上がる。ライン９１６が閾値１を超えている時間がｔ１、閾値２を超えている時間がｔ２である場合、診断ディレイの時間ｔｄ１、ｔｄ２と本実施形態のｔ１、ｔ２の関係は図１０（ａ）に示すような関係であり、閾値が大きいほど診断ディレイの時間は段階的に小さく設定される。具体的には、閾値１に対しては診断ディレイがｔｄ１に設定され、閾値１より大きい閾値２に対しては診断ディレイがｔｄ２に設定される。
よって、図９（ｂ）において、ライン９１６が閾値１を超えている時間はｔ１であるが、このｔ１は、閾値１に対して設定される診断ディレイの時間ｔｄ１を下回っているため、ｔ１の範囲では異常は検出されない。一方、ライン９１６が閾値２を超えている時間はｔ２であるが、このｔ２は閾値２に対して設定される診断ディレイは時間ｔｄ２を超えている。そのため、ライン９１６が閾値２を超えてから時間ｔｄ２経過後に異常が検出されることになる。
図１０（ｂ）は、実際に異常（スロットルをステップ的に開く）を発生させた場合、Δ推定発生トルクとΔ許容発生トルクの差分がある閾値を超えている時間（継続時間）Ｔと、異常を発生させた時点の車両速度（ＶＳＰ）、またはエンジン回転数（Ｎｅ）との関係を示した図である。
図１０（ｂ）から明らかなように、ＶＳＰまたはＮｅが大きくなるに従い、閾値を超えている時間（Ｔ）が長くなる傾向になる。また、前記変化量算出の時間間隔をｔ１、ｔ２とした場合、前記時間間隔が長いｔ１でのΔ推定発生トルクとΔ許容発生トルクの差分の場合の方が、ｔ２での前記差分の場合と比べて、閾値を超えている時間（Ｔ）が長くなる傾向になる。よって、本実施形態では、図１０（ｃ）に示すように、前記診断ディレイの閾値は、ＶＳＰまたはＮｅが大きくなるに従い大きくなるよう設定されている。また、Δ推定発生トルクとΔ許容発生トルクの差分の閾値において、確実に異常と判断できる閾値（閾値２）と、それ以外の閾値１でそれぞれ別設定可能とすることで、より精度よく異常を判断できる。
図１１は本発明の実施形態に係る車載制御装置の制御フローチャートである。ステップ１１０１でアクセル開度センサ２１８の出力電圧からアクセル開度割合へ換算し読み込む。ステップ１１０２でクランク角センサ２１９の電気的な信号、おもにパルス信号変化の単位時間当たりの入力数をカウントし、演算処理によりエンジン回転数を計算する。ステップ１１０３でスロットル開度センサ２１５の出力電圧からスロットル角度へ換算し読み込む。
ステップ１１０４で熱式空気流量計２０２の出力電圧から電圧流量換算された空気流量を読み込む。ステップ１１０５で前記エンジン回転数と前記吸入空気量（エンジン負荷）から基本燃料量を計算する。ステップ１１０６で前記エンジン回転数と前記エンジン負荷から基本燃料補正係数をマップ検索する。ステップ１１０７で空燃比センサ２１１の出力電圧から空燃比変換した実空燃比を読み込む。
ステップ１１０８で前記エンジン回転数と記エンジン負荷から目標空燃比をマップ検索する。ステップ１１０９で前記目標空燃比と前記実空燃比で目標空燃比へのフィードバック制御を実施し、空燃比補正係数を算出する。ステップ１１１０で前記基本燃料補正係数、前記フィードバック制御による空燃比補正係数により前記基本燃料量を補正し燃料噴射量を計算する。ステップ１１１１でアイドル回転数の目標値を計算する。ステップ１１１２で前記アイドル回転数の目標値を実現できるＩＳＣ目標流量を計算する。
ステップ１１１３で前記ＩＳＣ目標流量をＩＳＣ制御手段へ出力する。ステップ１１１４で前記エンジン回転数、および前記エンジン負荷で基本点火時期を計算する。ステップ１１１５で前記基本点火時期に水温補正等の補正を施す。ステップ１１１６で前記補正された点火時期をセットする。ステップ１１１７で許容発生トルクを計算し、ステップ１１１８で推定発生トルクを計算する。ステップ１１１９で前記許容発生トルクと前記推定発生トルクから異常判断を行う。
ステップ１１２０で前記アクセル開度と前記エンジン回転数から算出される目標トルクからの要求開度と前記ＩＳＣ制御手段からの要求開度から最終的なスロットル開度へ制御する。また、前記ステップ１１１９で異常と判断された場合においても、ステップ１１２０でスロットル開度を制御する。
図１２は、図１１のステップ１１１７にて行われる許容発生トルクの計算、ステップ１１１８にて行われる推定発生トルクの計算の詳細を示したフローチャートである。ステップ１２０１で許容発生トルクを算出する。その後、ステップ１２０２からステップ１２０５でそれぞれ、４０ｍｓ間、８０ｍｓ間、１２０ｍｓ間、１６０ｍｓ間の前記許容発生トルクの変化量（Δ４０ＬＴ、Δ８０ＬＴ、Δ１２０ＬＴ、Δ１６０ＬＴ）を算出する。ステップ１２０６で推定発生トルクを算出する。その後、ステップ１２０７からステップ１２１０でそれぞれ、４０ｍｓ間、８０ｍｓ間、１２０ｍｓ間、１６０ｍｓ間の前記推定発生トルクの変化量（Δ４０ＥＴ、Δ８０ＥＴ、Δ１２０ＥＴ、Δ１６０ＥＴ）を算出する。
図１３、図１４、図１５、図１６、図１７は、図１１のステップ１１１９の異常検出の詳細を示したフローチャートである。図１３は、前記４０ｍｓ間の推定発生トルクの変化量（Δ４０ＥＴ）と許容発生トルクの変化量（Δ４０ＬＴ）から異常を判断するフローである。ステップ１３０１で前記４０ｍｓ間の推定発生トルクの変化量（Δ４０ＥＴ）と許容発生トルクの変化量（Δ４０ＬＴ）の差分が所定の閾値（ＫＤ４０Ｈ）より大きいかチェックする。チェック結果がＹｅｓの場合はステップ１３０２に進み、カウンタ（ＣＮ４０Ｈ）をカウントアップする。その後、ステップ１３０４でＣＮ４０Ｈがカウンタチェック用の所定の閾値（ＫＣＮ４０Ｈ）以上かどうかチェックする。
チェックした結果、Ｙｅｓであればステップ１３０５で、異常フラグ（ＦＬＣＮ４０ＨＮＧ）を１とし、図１４のフローへ進む。ステップ１３０１の結果がＮｏの場合はステップ１３０３へ進み、ＣＮ４０Ｈをクリアし、ステップ１３０６へ進む。また、ステップ１３０４の結果がＮｏの場合も同様にステップ１３０６へ進みＦＬＣＮ４０ＨＮＧをクリアし、ステップ１３０７へ進む。
ステップ１３０７では、ステップ１３０１と同様にΔ４０ＥＴとΔ４０ＬＴの差分が所定の閾値（ＫＤ４０Ｌ）より大きいかチェックする。ここでの閾値（ＫＤ４０Ｌ）はステップ１３０１で使用する閾値（ＫＤ４０Ｈ）より小さく設定されたものである。これは、ステップ１３０１での前記閾値（ＫＤ４０Ｈ）は、確実に異常となった状態を検出するためのものであり、ステップ１３０７での前記閾値（ＫＤ４０Ｌ）は、異常が発生しているが正常状態の判断が難しい場合で判断するための設定としている。そのために、後述するステップ１３１０での異常カウンタ（ＣＮ４０Ｌ）の比較する閾値（ＫＣＮ４０Ｌ）は、前記ステップ１３０４で使用する閾値（ＫＣＮ４０Ｈ）より大きい値を設定し、異常状態の判断を確実に行えるようにしている。
ステップ１３０７の結果がＹｅｓの場合はステップ１３０８に進み、カウンタ（ＣＮ４０Ｌ）をカウントアップする。その後、ステップ１３１０でＣＮ４０Ｌがカウンタチェック用の所定の閾値（ＫＣＮ４０Ｌ）以上かどうかチェックする。チェックした結果、Ｙｅｓであればステップ１３１１で、異常フラグ（ＦＬＣＮ４０ＬＮＧ）を１とし、図１４のフローへ進む。ステップ１３０７の結果がＮｏの場合は、ステップ１３０９へ進み、ＣＮ４０Ｌをクリアしステップ１３１２へ進む。また、ステップ１３１０の結果がＮｏの場合も同様にステップ１３１２へ進みＦＬＣＮ４０ＬＮＧをクリアし、図１４のフローへ進む。
図１４は、前記８０ｍｓ間の推定発生トルクの変化量（Δ８０ＥＴ）と許容発生トルクの変化量（Δ８０ＬＴ）から異常を判断するフローである。ステップ１４０１で前記８０ｍｓ間の推定発生トルクの変化量（Δ８０ＥＴ）と許容発生トルクの変化量（Δ８０ＬＴ）の差分が所定の閾値（ＫＤ８０Ｈ）より大きいかチェックする。チェック結果がＹｅｓの場合はステップ１４０２に進み、カウンタ（ＣＮ８０Ｈ）をカウントアップする。
その後、ステップ１４０４でＣＮ８０Ｈがカウンタチェック用の所定の閾値（ＫＣＮ８０Ｈ）以上かどうかチェックする。チェックした結果、Ｙｅｓであればステップ１４０５で、異常フラグ（ＦＬＣＮ８０ＨＮＧ）を１とし、図１５のフローへ進む。ステップ１４０１の結果がＮｏの場合はステップ１４０３へ進み、ＣＮ８０Ｈをクリアし、ステップ１４０６へ進む。また、ステップ１４０４の結果がＮｏの場合も同様にステップ１４０６へ進みＦＬＣＮ８０ＨＮＧをクリアし、ステップ１４０７へ進む。
ステップ１４０７では、ステップ１４０１と同様にΔ８０ＥＴとΔ８０ＬＴの差分が所定の閾値（ＫＤ８０Ｌ）より大きいかチェックする。ここでの閾値（ＫＤ８０Ｌ）はステップ１４０１で使用する閾値（ＫＤ８０Ｈ）より小さく設定されたものである。また、後述するステップ１４１０での異常カウンタ（ＣＮ８０Ｌ）の比較する閾値（ＫＣＮ８０Ｌ）は、前記ステップ１４０４で使用する閾値（ＫＣＮ８０Ｈ）より大きい値を設定する。これは、前述した図１３での理由と同様である。
ステップ１４０７の結果がＹｅｓの場合はステップ１４０８に進み、カウンタ（ＣＮ８０Ｌ）をカウントアップする。その後、ステップ１４１０でＣＮ８０Ｌがカウンタチェック用の所定の閾値（ＫＣＮ８０Ｌ）以上かどうかチェックする。チェックした結果、Ｙｅｓであればステップ１４１１で、異常フラグ（ＦＬＣＮ８０ＬＮＧ）を１とし、図１５のフローへ進む。ステップ１４０７の結果がＮｏの場合は、ステップ１４０９へ進み、ＣＮ８０Ｌをクリアしステップ１４１２へ進む。また、ステップ１４１０の結果がＮｏの場合も同様にステップ１４１２へ進みＦＬＣＮ８０ＬＮＧをクリアし、図１５のフローへ進む。
図１５は、前記１２０ｍｓ間の推定発生トルクの変化量（Δ１２０ＥＴ）と許容発生トルクの変化量（Δ１２０ＬＴ）から異常を判断するフローである。ステップ１５０１で前記１２０ｍｓ間の推定発生トルクの変化量（Δ１２０ＥＴ）と許容発生トルクの変化量（Δ１２０ＬＴ）の差分が所定の閾値（ＫＤ１２０Ｈ）より大きいかチェックする。チェック結果がＹｅｓの場合はステップ１５０２に進み、カウンタ（ＣＮ１２０Ｈ）をカウントアップする。その後、ステップ１５０４でＣＮ１２０Ｈがカウンタチェック用の所定の閾値（ＫＣＮ１２０Ｈ）以上かどうかチェックする。チェックした結果、Ｙｅｓであればステップ１５０５で、異常フラグ（ＦＬＣＮ１２０ＨＮＧ）を１とし、図１６のフローへ進む。
ステップ１５０１の結果がＮｏの場合はステップ１５０３へ進み、ＣＮ１２０Ｈをクリアし、ステップ１５０６へ進む。また、ステップ１５０４の結果がＮｏの場合も同様にステップ１５０６へ進みＦＬＣＮ１２０ＨＮＧをクリアし、ステップ１５０７へ進む。ステップ１５０７では、ステップ１５０１と同様にΔ１２０ＥＴとΔ１２０ＬＴの差分が所定の閾値（ＫＤ１２０Ｌ）より大きいかチェックする。ここでの閾値（ＫＤ１２０Ｌ）はステップ１５０１で使用する閾値（ＫＤ１２０Ｈ）より小さく設定されたものである。
また、後述するステップ１５１０での異常カウンタ（ＣＮ１２０Ｌ）の比較する閾値（ＫＣＮ１２０Ｌ）は、前記ステップ１５０４で使用する閾値（ＫＣＮ１２０Ｈ）より大きい値を設定する。これは、前述した図１３での理由と同様である。ステップ１５０７の結果がＹｅｓの場合はステップ１５０８に進み、カウンタ（ＣＮ１２０Ｌ）をカウントアップする。その後、ステップ１５１０でＣＮ１２０Ｌがカウンタチェック用の所定の閾値（ＫＣＮ１２０Ｌ）以上かどうかチェックする。
チェックした結果、Ｙｅｓであればステップ１５１１で、異常フラグ（ＦＬＣＮ１２０ＬＮＧ）を１とし、図１６のフローへ進む。ステップ１５０７の結果がＮｏの場合は、ステップ１５０９へ進み、ＣＮ１２０Ｌをクリアしステップ１５１２へ進む。また、ステップ１５１０の結果がＮｏの場合も同様にステップ１５１２へ進みＦＬＣＮ１２０ＬＮＧをクリアし、図１６のフローへ進む。
図１６は、前記１６０ｍｓ間の推定発生トルクの変化量（Δ１６０ＥＴ）と許容発生トルクの変化量（Δ１６０ＬＴ）から異常を判断するフローである。ステップ１６０１で前記１６０ｍｓ間の推定発生トルクの変化量（Δ１６０ＥＴ）と許容発生トルクの変化量（Δ１６０ＬＴ）の差分が所定の閾値（ＫＤ１６０Ｈ）より大きいかチェックする。チェック結果がＹｅｓの場合はステップ１６０２に進み、カウンタ（ＣＮ１６０Ｈ）をカウントアップする。その後、ステップ１６０４でＣＮ１６０Ｈがカウンタチェック用の所定の閾値（ＫＣＮ１６０Ｈ）以上かどうかチェックする。
チェックした結果、Ｙｅｓであればステップ１６０５で、異常フラグ（ＦＬＣＮ１６０ＨＮＧ）を１とし、図１７のフローへ進む。ステップ１６０１の結果がＮｏの場合はステップ１６０３へ進み、ＣＮ１６０Ｈをクリアし、ステップ１６０６へ進む。また、ステップ１６０４の結果がＮｏの場合も同様にステップ１６０６へ進みＦＬＣＮ１６０ＨＮＧをクリアし、テップ１６０７へ進む。ステップ１６０７では、ステップ１６０１と同様にΔ１６０ＥＴとΔ１６０ＬＴの差分が所定の閾値（ＫＤ１６０Ｌ）より大きいかチェックする。ここでの閾値（ＫＤ１６０Ｌ）はステップ１６０１で使用する閾値（ＫＤ１６０Ｈ）より小さく設定されたものである。
また、後述するステップ１６１０での異常カウンタ（ＣＮ１６０Ｌ）の比較する閾値（ＫＣＮ１６０Ｌ）は、前記ステップ１６０４で使用する閾値（ＫＣＮ１６０Ｈ）より大きい値を設定する。これは、前述した図１３での理由と同様である。ステップ１６０７の結果がＹｅｓの場合はステップ１６０８に進み、カウンタ（ＣＮ１６０Ｌ）をカウントアップする。その後、ステップ１６１０でＣＮ１６０Ｌがカウンタチェック用の所定の閾値（ＫＣＮ１６０Ｌ）以上かどうかチェックする。チェックした結果、Ｙｅｓであればステップ１６１１で、異常フラグ（ＦＬＣＮ１６０ＬＮＧ）を１とし、図１７のフローへ進む。
ステップ１６０７の結果がＮｏの場合は、ステップ１６０９へ進み、ＣＮ１６０Ｌをクリアしステップ１６１２へ進む。また、ステップ１６１０の結果がＮｏの場合も同様にステップ１６１２へ進みＦＬＣＮ１６０ＬＮＧをクリアし、図１７のフローへ進む。
図１７は、図１３、図１４、図１５、図１６での各所定時間の変化量での異常判定フラグから最終的な判断するフローである。ステップ１７０１では４０ｍｓ間の変化量からの異常判定が成立しているか判定し、Ｙｅｓであれば、ステップ１７０６へ進み最終的な異常判定（ＦＬＣＮＮＧ＝１）を行う。Ｎｏであればステップ１７０２へ進み、８０ｍｓ間の変化量からの異常判定が成立しているか判定する。
Ｙｅｓであれば、ステップ１７０６へ進み最終的な異常判定（ＦＬＣＮＮＧ＝１）を行う。Ｎｏであればステップ１７０３へ進み、１２０ｍｓ間の変化量からの異常判定が成立しているか判定する。Ｙｅｓであれば、ステップ１７０６へ進み最終的な異常判定（ＦＬＣＮＮＧ＝１）を行う。Ｎｏであればステップ１７０４へ進み、１６０ｍｓ間の変化量からの異常判定が成立しているか判定する。Ｙｅｓであれば、ステップ１７０６へ進み最終的な異常判定（ＦＬＣＮＮＧ＝１）を行い、Ｎｏであればステップ１７０５へ進み、異常なしと判定（ＦＬＣＮＮＧ＝０）し、フローを終了する。
以上説明したように、本実施形態に係る車載制御装置によれば、許容発生トルクの変化量と推定発生トルクの変化量との差分からエンジンの異常を検出するようにしたので、従来に比べて迅速かつ精度良くエンジンの異常を検出できる。そのため、運転者への危険を回避するあるいは運転者へ危険を感じさせないようにすることができる。
さらに、本実施形態によれば、単位時間当たりの許容発生トルクの変化量と推定発生トルクの変化量に基づいてエンジンの異常検出を行うため、センサや構成部品の性能のばらつきや経時劣化等による性能の変化を考慮してマージンを設けても、異常検出の時間を従来と比べて短縮することができ、かつ、精度良く異常を検出できるといった優れた効果を奏し得る。また、本実施形態では、許容発生トルクの変化量と推定トルクの変化量を複数の時間間隔で算出し、閾値や診断ディレイ等を複数設定しているので、エンジンの作動状態に応じて適した異常検出を行うことができる。
なお、上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
例えば、トルクの代わりに馬力を用いてエンジン２０１の異常を検出する構成を採用することができる。この場合、上記した各手段に加えて、車載制御装置２１７は、許容発生トルクから許容発生馬力に換算する許容発生馬力算出部と、許容発生馬力の変化量を算出する許容発生馬力変化量算出部と、推定発生トルクから推定発生馬力に換算する推定発生馬力算出部と、推定発生馬力の変化量を算出する推定発生馬力変化量算出部と、を有する構成とする。そして、異常検出手段（異常検出部）１１２は、許容発生馬力の変化量と推定発生馬力の変化量との差分である差分馬力が所定の閾値を超えた状態が所定時間以上継続した場合に、エンジン２０１の異常を検出するようにすれば良い。この構成であっても、上述した実施形態と同様の作用効果を奏し得る。即ち、差分馬力を用いても、エンジン２０１の異常を迅速かつ正確に検出することができる。
１０１ 運転操作量検出手段（運転操作量検出部）
１０２ エンジン回転数計算手段（作動状態検出部）
１０３ シリンダ流入空気量計算手段（作動状態検出部）
１０９ 目標スロットル開度計算手段（指令値算出部）
１１０ 許容発生トルク計算手段（運転操作変化量検出部）
１１１ 推定発生トルク計算手段（作動状態変化量算出部）
１１２ 異常検出手段（異常検出部）
１１５ 電制スロットル制御手段（推進力制御部）
２０１ エンジン（駆動源）
２１７ 車載制御装置

Claims (7)

  1. 内燃機関の発生トルクを制御する車載制御装置であって、
    運転者の運転操作に基づき許容発生トルクを算出する許容発生トルク算出部と、
    前記内燃機関の作動状態に基づき推定発生トルクを算出する推定発生トルク算出部と、
    前記許容発生トルクの変化量と前記推定発生トルクの変化量との差分または割合が所定の閾値を超えたことに基づいて、前記内燃機関の吸気系の異常を検出する異常検出部と、を備え、
    前記許容発生トルクの変化量および前記推定発生トルクの変化量は、前記内燃機関の１燃焼サイクルよりも長い所定の単位時間当たりの変化量であることを特徴とする車載制御装置。
  2. 請求項１に記載の車載制御装置であって、
    前記所定の単位時間は、４０ミリ秒、８０ミリ秒、１２０ミリ秒、または１６０ミリ秒に設定されることを特徴とする車載制御装置。
  3. 請求項１に記載の車載制御装置であって、
    前記異常検出部が異常を検出した場合に、前記内燃機関のスロットル絞り弁の開度を小さくさせることを特徴とする車載制御装置。
  4. 請求項１に記載の車載制御装置であって、
    前記推定発生トルクは、前記内燃機関の吸入空気量に基づいて算出されることを特徴とする車載制御装置。
  5. 請求項１に記載の車載制御装置であって、
    前記所定の閾値は、車両の加速度が所定値を超えた場合に前記異常検出部が異常と検出するように、設定されることを特徴とする車載制御装置。
  6. 請求項１に記載の車載制御装置であって、
    前記異常検出部は、前記許容発生トルクの変化量と前記推定発生トルクの変化量との差分または割合が前記所定の閾値を超えた状態が所定時間以上継続した場合に、異常を検出することを特徴とする車載制御装置。
  7. 請求項１に記載の車載制御装置であって、
    前記所定の閾値は、前記許容発生トルクの変化量および前記推定発生トルクの変化量を算出する単位時間に応じて設定されることを特徴とする車載制御装置。
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